Điện trở suất ở các nhiệt độ khác nhau. Điện trở suất của dây dẫn niken

Trong thực tế, người ta thường phải tính toán điện trở của các dây khác nhau. Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các công thức hoặc sử dụng dữ liệu được đưa ra trong bảng. 1.

Ảnh hưởng của vật liệu dẫn điện được xét đến bằng điện trở suất, ký hiệu bằng chữ Hy Lạp? và có chiều dài 1 m và diện tích mặt cắt ngang là 1 mm2. Điện trở suất thấp nhất? = 0,016 Ohm mm2/m có bạc. Hãy tính giá trị trung bình của điện trở suất của một số dây dẫn:

Bạc - 0,016 , Chì - 0,21, Đồng - 0,017, Niken - 0,42, Nhôm - 0,026, Manganin - 0,42, Vonfram - 0,055, Constantan - 0,5, Kẽm - 0,06, Thủy ngân - 0,96, Đồng thau - 0,07, Nichrom - 1,05, Thép - 0,1, Fechral - 1,2, Đồng lân - 0,11, Chromal - 1,45.

Với lượng tạp chất khác nhau và với tỷ lệ khác nhau của các thành phần có trong thành phần của hợp kim lưu biến, điện trở suất có thể thay đổi một chút.

Điện trở được tính bằng công thức:

trong đó R là điện trở, Ohm; điện trở suất, (Ohm mm2)/m; l - chiều dài dây, m; s - diện tích mặt cắt ngang của dây, mm2.

Nếu biết đường kính dây d thì diện tích mặt cắt ngang của nó bằng:

Tốt nhất nên đo đường kính của dây bằng micromet, nhưng nếu không có thì bạn nên quấn chặt 10 hoặc 20 vòng dây vào bút chì và đo chiều dài của cuộn dây bằng thước kẻ. Lấy chiều dài của cuộn dây chia cho số vòng dây ta tìm được đường kính của dây.

Để xác định chiều dài của dây có đường kính đã biết làm bằng vật liệu nhất định cần thiết để đạt được điện trở yêu cầu, hãy sử dụng công thức

Bảng 1.

Ghi chú. 1. Dữ liệu cho các dây không được liệt kê trong bảng phải được lấy dưới dạng một số giá trị trung bình. Ví dụ, đối với dây niken có đường kính 0,18 mm, chúng ta có thể giả sử gần đúng rằng diện tích mặt cắt ngang là 0,025 mm2, điện trở của một mét là 18 Ohms và dòng điện cho phép là 0,075 A.

2. Đối với giá trị mật độ dòng điện khác, dữ liệu ở cột cuối cùng phải được thay đổi tương ứng; ví dụ, ở mật độ dòng điện là 6 A/mm2, chúng phải tăng gấp đôi.

Ví dụ 1. Tìm điện trở của 30 m dây đồng có đường kính 0,1 mm.

Giải pháp. Chúng tôi xác định theo bảng. 1 điện trở của 1 m dây đồng thì bằng 2,2 Ohm. Do đó, điện trở của dây dài 30 m sẽ là R = 30 2,2 = 66 Ohms.

Tính toán theo các công thức cho kết quả như sau: diện tích mặt cắt ngang của dây: s = 0,78 0,12 = 0,0078 mm2. Vì điện trở suất của đồng là 0,017 (Ohm mm2)/m nên ta có R = 0,017 30/0,0078 = 65,50 m.

Ví dụ 2. Cần bao nhiêu dây niken có đường kính 0,5 mm để làm một biến trở có điện trở 40 Ohms?

Giải pháp. Theo bảng 1, ta xác định điện trở 1 m của dây này: R = 2,12 Ohm: Do đó, để chế tạo một biến trở có điện trở 40 Ohms, bạn cần một dây có chiều dài l = 40/2,12 = 18,9 m.

Hãy thực hiện phép tính tương tự bằng cách sử dụng các công thức. Ta tìm được tiết diện của dây s = 0,78 0,52 = 0,195 mm2. Và chiều dài của dây sẽ là l = 0,195 40/0,42 = 18,6 m.

Điện trở, biểu thị bằng ohm, khác với khái niệm điện trở suất. Để hiểu điện trở suất là gì, chúng ta cần liên hệ nó với các tính chất vật lý của vật liệu.

Về độ dẫn điện và điện trở suất

Dòng điện tử không di chuyển không bị cản trở trong vật liệu. Ở nhiệt độ không đổi, các hạt cơ bản chuyển động xung quanh trạng thái đứng yên. Ngoài ra, các electron trong vùng dẫn còn giao thoa với nhau thông qua lực đẩy lẫn nhau do có điện tích giống nhau. Đây là cách sự phản kháng nảy sinh.

Độ dẫn điện là một đặc tính nội tại của vật liệu và định lượng mức độ dễ dàng di chuyển của điện tích khi một chất tiếp xúc với điện trường. Điện trở suất là nghịch đảo của vật liệu và mô tả mức độ khó khăn mà các electron gặp phải khi chúng di chuyển trong vật liệu, cho biết chất dẫn điện tốt hay xấu như thế nào.

Quan trọng!Điện trở suất có giá trị cao cho thấy vật liệu đó dẫn điện kém, trong khi điện trở suất có giá trị thấp cho thấy vật liệu dẫn điện tốt.

Độ dẫn điện riêng được ký hiệu bằng chữ σ và được tính theo công thức:

Điện trở suất ρ, như một chỉ số nghịch đảo, có thể được tìm thấy như sau:

Trong biểu thức này, E là cường độ điện trường được tạo ra (V/m) và J là mật độ dòng điện (A/m2). Khi đó đơn vị đo ρ sẽ là:

V/m x m2/A = ôm m.

Đối với độ dẫn điện σ, đơn vị đo nó là S/m hoặc Siemens trên mét.

Các loại vật liệu

Theo điện trở suất của vật liệu, chúng có thể được phân thành nhiều loại:

1. Chất dẫn điện. Chúng bao gồm tất cả các kim loại, hợp kim, dung dịch phân ly thành ion, cũng như các loại khí bị kích thích nhiệt, bao gồm cả plasma. Trong số các phi kim loại, than chì có thể được lấy làm ví dụ;
2. Chất bán dẫn, thực chất là vật liệu không dẫn điện, có mạng tinh thể được pha tạp có mục đích với sự bao gồm các nguyên tử lạ với số lượng electron liên kết nhiều hơn hoặc ít hơn. Kết quả là, các electron hoặc lỗ trống gần như tự do được hình thành trong cấu trúc mạng, góp phần vào tính dẫn điện của dòng điện;
3. Chất điện môi hoặc chất cách điện phân ly là tất cả các vật liệu trong điều kiện bình thường không có electron tự do.

Để vận chuyển năng lượng điện hoặc lắp đặt điện cho mục đích sinh hoạt và công nghiệp, vật liệu được sử dụng thường xuyên là đồng ở dạng cáp một lõi hoặc nhiều lõi. Một kim loại thay thế là nhôm, mặc dù điện trở suất của đồng bằng 60% điện trở suất của nhôm. Nhưng nó nhẹ hơn nhiều so với đồng, vốn đã được xác định trước để sử dụng trong đường dây điện cao thế. Vàng được sử dụng làm chất dẫn điện trong các mạch điện chuyên dụng.

Hấp dẫn.Độ dẫn điện của đồng nguyên chất đã được Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế thông qua vào năm 1913 làm tiêu chuẩn cho giá trị này. Theo định nghĩa, độ dẫn điện của đồng đo ở 20° là 0,58108 S/m. Giá trị này được gọi là 100% LACS và độ dẫn điện của các vật liệu còn lại được biểu thị bằng phần trăm LACS nhất định.

Hầu hết các kim loại có giá trị độ dẫn nhỏ hơn 100% LACS. Tuy nhiên, vẫn có những trường hợp ngoại lệ, chẳng hạn như bạc hoặc đồng đặc biệt có độ dẫn điện rất cao, được ký hiệu lần lượt là C-103 và C-110.

Chất điện môi không dẫn điện và được dùng làm chất cách điện. Ví dụ về chất cách điện:

• thủy tinh,
• gốm sứ,
• nhựa,
• cao su,
• mica,
• sáp,
• giấy,
• gỗ khô,
• sứ,
• một số chất béo dùng trong công nghiệp và điện và Bakelite.

Giữa ba nhóm, quá trình chuyển đổi diễn ra trôi chảy. Người ta biết chắc chắn rằng: không có phương tiện và vật liệu nào hoàn toàn không dẫn điện. Ví dụ, không khí là chất cách điện ở nhiệt độ phòng, nhưng khi tiếp xúc với tín hiệu tần số thấp mạnh, nó có thể trở thành chất dẫn điện.

Xác định độ dẫn điện

Khi so sánh điện trở suất của các chất khác nhau, cần có điều kiện đo tiêu chuẩn:

1. Trong trường hợp chất lỏng, chất dẫn điện và chất cách điện kém, sử dụng các mẫu hình khối có chiều dài cạnh 10 mm;
2. Giá trị điện trở suất của đất và các thành tạo địa chất được xác định trên các hình lập phương có chiều dài mỗi cạnh 1 m;
3. Độ dẫn điện của dung dịch phụ thuộc vào nồng độ các ion của nó. Dung dịch đậm đặc ít phân ly hơn và có ít hạt mang điện hơn, làm giảm độ dẫn điện. Khi độ pha loãng tăng lên thì số lượng cặp ion tăng lên. Nồng độ của dung dịch được đặt thành 10%;
4. Để xác định điện trở suất của dây dẫn kim loại, người ta sử dụng dây có chiều dài mét và tiết diện 1 mm2.

Nếu một vật liệu, chẳng hạn như kim loại, có thể cung cấp các electron tự do thì khi đặt một hiệu điện thế vào, một dòng điện sẽ chạy qua dây dẫn. Khi điện áp tăng lên, nhiều electron di chuyển qua chất vào đơn vị thời gian hơn. Nếu tất cả các thông số bổ sung (nhiệt độ, diện tích mặt cắt ngang, chiều dài và vật liệu dây) không thay đổi, khi đó tỷ số giữa dòng điện và điện áp đặt vào cũng không đổi và được gọi là độ dẫn điện:

Theo đó điện trở sẽ là:

Kết quả là ohm.

Đổi lại, dây dẫn có thể có chiều dài, kích thước mặt cắt khác nhau và được làm bằng các vật liệu khác nhau, điều này xác định giá trị của R. Về mặt toán học, mối quan hệ này trông như thế này:

Yếu tố vật chất có tính đến hệ số ρ.

Từ đó chúng ta có thể rút ra công thức tính điện trở suất:

Nếu giá trị của S và l tương ứng với các điều kiện đã cho để tính toán so sánh điện trở suất, tức là 1 mm² và 1 m, thì ρ = R. Khi kích thước của dây dẫn thay đổi, số ohm cũng thay đổi.

Khi một mạch điện đóng, tại các cực của nó có hiệu điện thế thì xuất hiện một dòng điện. Các electron tự do dưới tác dụng của lực điện trường chuyển động dọc theo dây dẫn. Trong chuyển động của chúng, các electron va chạm với các nguyên tử của dây dẫn và cung cấp cho chúng động năng. Tốc độ chuyển động của electron liên tục thay đổi: khi electron va chạm với nguyên tử, phân tử và các electron khác thì nó giảm đi, sau đó dưới tác dụng của điện trường nó lại tăng lên và lại giảm đi trong một va chạm mới. Kết quả là, một dòng điện tử đồng đều được thiết lập trong dây dẫn với tốc độ vài centimet mỗi giây. Do đó, các electron đi qua một dây dẫn luôn gặp phải lực cản đối với chuyển động của chúng từ phía nó. Khi dòng điện đi qua một dây dẫn, dây dẫn đó nóng lên.

Điện trở

Điện trở của dây dẫn được ký hiệu bằng chữ Latinh r, là đặc tính của vật thể hoặc môi trường để chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng nhiệt khi có dòng điện đi qua nó.

Trong sơ đồ, điện trở được biểu thị như trên Hình 1, MỘT.

Điện trở thay đổi, dùng để thay đổi dòng điện trong mạch, được gọi là biến trở. Trong sơ đồ, các biến trở được chỉ định như trong Hình 1, b. Nói chung, một biến trở được làm bằng dây có điện trở này hoặc điện trở khác, quấn trên đế cách điện. Cần trượt hoặc bộ biến trở được đặt ở một vị trí nhất định, nhờ đó điện trở cần thiết được đưa vào mạch.

Một dây dẫn dài có tiết diện nhỏ tạo ra điện trở dòng điện lớn. Dây dẫn ngắn có tiết diện lớn có ít điện trở dòng điện.

Nếu bạn lấy hai dây dẫn từ các vật liệu khác nhau, nhưng có cùng chiều dài và tiết diện thì các dây dẫn sẽ dẫn dòng điện khác nhau. Điều này chứng tỏ điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào vật liệu làm dây dẫn đó.

Nhiệt độ của dây dẫn cũng ảnh hưởng đến điện trở của nó. Khi nhiệt độ tăng, điện trở của kim loại tăng, còn điện trở của chất lỏng và than giảm. Chỉ một số hợp kim kim loại đặc biệt (manganin, constantan, niken và các loại khác) hầu như không thay đổi điện trở khi nhiệt độ tăng.

Vì vậy, chúng ta thấy rằng điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào: 1) chiều dài của dây dẫn, 2) tiết diện của dây dẫn, 3) vật liệu của dây dẫn, 4) nhiệt độ của dây dẫn.

Đơn vị của điện trở là một ohm. Om thường được biểu thị bằng chữ in hoa của Hy Lạp Ω (omega). Do đó, thay vì viết “Điện trở dây dẫn là 15 ohm”, bạn có thể viết đơn giản: r= 15 Ω.
1.000 ohm được gọi là 1 kiloohm(1kOhm hoặc 1kΩ),
1.000.000 ohm được gọi là 1 megaohm(1mOhm hoặc 1MΩ).

Khi so sánh điện trở của dây dẫn từ các vật liệu khác nhau, cần lấy chiều dài và tiết diện nhất định cho từng mẫu. Khi đó chúng ta sẽ có thể đánh giá vật liệu nào dẫn điện tốt hơn hay kém hơn.

Video 1. Điện trở dây dẫn

Điện trở suất

Điện trở tính bằng ôm của dây dẫn dài 1 m, tiết diện 1 mm2 được gọi là điện trở suất và được ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp ρ (ro).

Bảng 1 cho thấy điện trở suất của một số dây dẫn.

Bảng 1

Điện trở của các dây dẫn khác nhau

Bảng cho thấy một sợi dây sắt có chiều dài 1 m, tiết diện 1 mm2 có điện trở là 0,13 Ohm. Để có được điện trở 1 Ohm, bạn cần lấy 7,7 m dây như vậy. Bạc có điện trở suất thấp nhất. Có thể đạt được điện trở 1 Ohm bằng cách lấy dây bạc dài 62,5 m có tiết diện 1 mm2. Bạc là chất dẫn điện tốt nhất, nhưng giá thành của bạc loại trừ khả năng sử dụng hàng loạt của nó. Sau bạc trong bảng là đồng: 1 m dây đồng có tiết diện 1 mm2 có điện trở 0,0175 Ohm. Để có được điện trở 1 ohm, bạn cần lấy 57 m dây như vậy.

Đồng nguyên chất về mặt hóa học, thu được bằng quá trình tinh chế, đã được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện để sản xuất dây điện, dây cáp, cuộn dây của máy móc và thiết bị điện. Nhôm và sắt cũng được sử dụng rộng rãi làm dây dẫn.

Điện trở của dây dẫn có thể được xác định theo công thức:

Ở đâu r- điện trở dây dẫn tính bằng ôm; ρ - điện trở riêng của ruột dẫn; tôi- chiều dài dây dẫn tính bằng m; S- tiết diện dây dẫn tính bằng mm2.

Ví dụ 1. Xác định điện trở của 200 m dây sắt có tiết diện 5 mm2.

Ví dụ 2. Tính điện trở của 2km dây nhôm có tiết diện 2,5mm2.

Từ công thức điện trở, bạn có thể dễ dàng xác định chiều dài, điện trở suất và tiết diện của dây dẫn.

Ví dụ 3.Đối với máy thu thanh, cần quấn dây điện trở 30 Ohm từ dây niken có tiết diện 0,21 mm2. Xác định chiều dài dây cần thiết.

Ví dụ 4. Xác định tiết diện của 20 m dây nichrome nếu điện trở của nó là 25 Ohms.

Ví dụ 5. Một dây có tiết diện 0,5 mm2 và chiều dài 40 m có điện trở 16 Ohm. Xác định vật liệu dây.

Vật liệu của dây dẫn đặc trưng cho điện trở suất của nó.

Dựa vào bảng điện trở ta thấy chì có điện trở này.

Ở trên đã nói rằng điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ. Hãy làm thí nghiệm sau. Hãy cuộn vài mét dây kim loại mỏng thành hình xoắn ốc và nối hình xoắn ốc này với mạch pin. Để đo dòng điện, người ta nối ampe kế vào mạch điện. Khi cuộn dây được đốt nóng trong ngọn lửa đốt, bạn sẽ nhận thấy số chỉ của ampe kế sẽ giảm. Điều này chứng tỏ điện trở của dây kim loại tăng khi bị nung nóng.

Đối với một số kim loại, khi đun nóng lên 100°, điện trở tăng 40–50%. Có những hợp kim thay đổi điện trở một chút khi đun nóng. Một số hợp kim đặc biệt hầu như không có sự thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi. Điện trở của dây dẫn kim loại tăng khi nhiệt độ tăng, trong khi điện trở của chất điện phân (dây dẫn lỏng), than và một số chất rắn thì ngược lại, giảm.

Khả năng kim loại thay đổi điện trở khi thay đổi nhiệt độ được sử dụng để chế tạo nhiệt kế điện trở. Nhiệt kế này là một sợi dây bạch kim được quấn trên khung mica. Ví dụ, bằng cách đặt một nhiệt kế vào lò nung và đo điện trở của dây bạch kim trước và sau khi nung nóng, có thể xác định được nhiệt độ trong lò.

Sự thay đổi điện trở của dây dẫn khi nó được làm nóng trên 1 ohm điện trở ban đầu và trên 1° nhiệt độ được gọi là hệ số kháng nhiệt độ và được ký hiệu bằng chữ α.

Nếu ở nhiệt độ tĐiện trở dây dẫn 0 là r 0 và ở nhiệt độ t bằng r t, thì hệ số điện trở nhiệt độ

Ghi chú. Tính toán bằng công thức này chỉ có thể được thực hiện trong một phạm vi nhiệt độ nhất định (lên đến khoảng 200°C).

Chúng tôi trình bày các giá trị hệ số nhiệt độ của điện trở α đối với một số kim loại (Bảng 2).

ban 2

Giá trị hệ số nhiệt độ của một số kim loại

Từ công thức tính hệ số điện trở nhiệt độ ta ​​xác định được r t:

r t = r 0 .

Ví dụ 6. Xác định điện trở của một dây sắt được nung nóng đến 200°C nếu điện trở của nó ở 0°C là 100 Ohm.

r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ohm.

Ví dụ 7. Một nhiệt kế điện trở làm bằng dây bạch kim có điện trở 20 ohm trong phòng ở nhiệt độ 15°C. Nhiệt kế được đặt vào lò và sau một thời gian đo điện trở của nó. Hóa ra nó bằng 29,6 Ohms. Xác định nhiệt độ trong lò.

Tinh dân điện

Cho đến nay, chúng ta coi điện trở của dây dẫn là lực cản mà dây dẫn đó tạo ra cho dòng điện. Tuy nhiên, dòng điện vẫn chạy qua dây dẫn. Vì vậy, ngoài điện trở (chướng ngại vật), vật dẫn còn có khả năng dẫn dòng điện, tức là dẫn điện.

Dây dẫn càng có điện trở thì độ dẫn điện càng kém, dẫn điện càng kém và ngược lại, dây dẫn có điện trở càng nhỏ thì độ dẫn điện càng cao thì dòng điện càng dễ đi qua dây dẫn. Do đó, điện trở và độ dẫn điện của dây dẫn là các đại lượng nghịch đảo.

Từ toán học, người ta biết nghịch đảo của 5 là 1/5 và ngược lại, nghịch đảo của 1/7 là 7. Do đó, nếu điện trở của dây dẫn được ký hiệu bằng chữ cái r, thì độ dẫn điện được xác định là 1/ r. Độ dẫn điện thường được ký hiệu bằng chữ g.

Độ dẫn điện được đo bằng (1/Ohm) hoặc bằng siemens.

Ví dụ 8.Điện trở của dây dẫn là 20 ohm. Xác định độ dẫn của nó.

Nếu như r= 20 Ôm thì

Ví dụ 9.Độ dẫn điện của dây dẫn là 0,1 (1/Ohm). Xác định điện trở của nó

Nếu g = 0,1 (1/Ohm) thì r= 1/0,1 = 10 (Ôm)

Nội dung:

Trong kỹ thuật điện, một trong những thành phần chính của mạch điện là dây dẫn. Nhiệm vụ của họ là truyền dòng điện với tổn thất tối thiểu. Từ lâu, người ta đã xác định bằng thực nghiệm rằng để giảm thiểu tổn thất điện, dây dẫn tốt nhất nên được làm bằng bạc. Chính kim loại này cung cấp các đặc tính của dây dẫn với điện trở tối thiểu tính bằng ohm. Nhưng vì kim loại quý này đắt tiền nên việc sử dụng nó trong công nghiệp rất hạn chế.

Nhôm và đồng trở thành kim loại chính để làm dây dẫn. Thật không may, điện trở của sắt với vai trò là chất dẫn điện quá cao để tạo ra một sợi dây tốt. Mặc dù giá thành thấp hơn nhưng nó chỉ được sử dụng làm đế đỡ cho dây điện.

Các điện trở khác nhau như vậy

Điện trở được đo bằng ohm. Nhưng đối với dây dẫn, giá trị này rất nhỏ. Nếu bạn cố gắng thực hiện phép đo bằng máy thử ở chế độ đo điện trở thì sẽ khó có được kết quả chính xác. Hơn nữa, cho dù chúng ta sử dụng dây nào thì kết quả trên màn hình thiết bị sẽ khác nhau rất ít. Nhưng điều này không có nghĩa là trên thực tế điện trở của các dây này sẽ có tác động tương tự đến tổn thất điện năng. Để xác minh điều này, bạn cần phân tích công thức được sử dụng để tính điện trở:

Công thức này sử dụng các đại lượng như:

Hóa ra kháng cự quyết định kháng cự. Có một điện trở được tính bằng công thức sử dụng một điện trở khác. Điện trở suất ρ (chữ cái Hy Lạp rho) này là yếu tố quyết định ưu điểm của một kim loại cụ thể làm chất dẫn điện:

Do đó, nếu bạn sử dụng đồng, sắt, bạc hoặc bất kỳ vật liệu nào khác để tạo ra các dây hoặc dây dẫn giống hệt nhau có thiết kế đặc biệt, vật liệu đó sẽ đóng vai trò chính trong tính chất điện của nó.

Nhưng trên thực tế, tình huống có lực cản phức tạp hơn việc tính toán đơn giản bằng các công thức nêu trên. Những công thức này không tính đến nhiệt độ và hình dạng của đường kính dây dẫn. Và khi nhiệt độ ngày càng tăng, điện trở suất của đồng, giống như bất kỳ kim loại nào khác, trở nên lớn hơn. Một ví dụ rất rõ ràng về điều này là bóng đèn sợi đốt. Bạn có thể đo điện trở xoắn ốc của nó bằng máy kiểm tra. Sau đó, sau khi đo dòng điện trong mạch của đèn này, hãy sử dụng định luật Ohm để tính điện trở của nó ở trạng thái phát sáng. Kết quả sẽ lớn hơn nhiều so với khi đo điện trở bằng máy thử.

Tương tự như vậy, đồng sẽ không mang lại hiệu quả như mong đợi ở dòng điện cao nếu bỏ qua hình dạng mặt cắt ngang của dây dẫn. Hiệu ứng bề mặt, xảy ra tỷ lệ thuận với sự gia tăng dòng điện, làm cho dây dẫn có tiết diện tròn không hiệu quả, ngay cả khi sử dụng bạc hoặc đồng. Vì lý do này, điện trở của dây đồng tròn ở dòng điện cao có thể cao hơn điện trở của dây nhôm dẹt.

Hơn nữa, ngay cả khi diện tích đường kính của chúng bằng nhau. Với dòng điện xoay chiều, hiệu ứng bề mặt cũng xuất hiện, tăng dần khi tần số dòng điện tăng lên. Hiệu ứng bề mặt có nghĩa là xu hướng dòng điện chạy gần bề mặt vật dẫn hơn. Vì lý do này, trong một số trường hợp, việc sử dụng dây mạ bạc sẽ có lợi hơn. Ngay cả việc giảm một chút điện trở suất bề mặt của dây dẫn đồng mạ bạc cũng làm giảm đáng kể sự mất tín hiệu.

Khái quát hóa khái niệm điện trở suất

Như trong bất kỳ trường hợp nào khác liên quan đến việc hiển thị kích thước, điện trở suất được biểu thị bằng các hệ đơn vị khác nhau. SI (Hệ thống đơn vị quốc tế) sử dụng ohm m, nhưng cũng có thể sử dụng Ohm*kV mm/m (đây là đơn vị điện trở suất phi hệ thống). Nhưng trong một dây dẫn thực, giá trị điện trở suất không phải là hằng số. Vì tất cả các vật liệu đều có độ tinh khiết nhất định, có thể thay đổi tùy theo từng điểm, nên cần phải tạo ra biểu diễn điện trở tương ứng trong vật liệu thực tế. Biểu hiện này là định luật Ohm ở dạng vi phân:

Luật này rất có thể sẽ không áp dụng cho các khoản thanh toán hộ gia đình. Nhưng trong quá trình thiết kế các linh kiện điện tử khác nhau, chẳng hạn như điện trở, các phần tử tinh thể, nó chắc chắn được sử dụng. Vì nó cho phép bạn thực hiện các phép tính dựa trên một điểm nhất định có mật độ dòng điện và cường độ điện trường. Và điện trở suất tương ứng. Công thức này được sử dụng cho các chất đẳng hướng không đồng nhất cũng như các chất dị hướng (tinh thể, khí thải, v.v.).

Cách thu được đồng nguyên chất

Để giảm thiểu tổn thất trên dây đồng và lõi cáp thì dây đồng và lõi cáp phải đặc biệt sạch. Điều này đạt được bằng các quy trình công nghệ đặc biệt:

• dựa trên chùm tia điện tử và vùng nóng chảy;
• làm sạch điện phân lặp đi lặp lại.

Vì vậy, điều quan trọng là phải biết các thông số của tất cả các yếu tố và vật liệu được sử dụng. Và không chỉ điện, mà còn cả cơ khí. Và có sẵn một số tài liệu tham khảo thuận tiện cho phép bạn so sánh các đặc tính của các vật liệu khác nhau và chọn thiết kế và làm việc chính xác những gì sẽ tối ưu trong một tình huống cụ thể.
Trong các đường dây truyền tải năng lượng, nơi mục tiêu là cung cấp năng lượng cho người tiêu dùng theo cách hiệu quả nhất, nghĩa là với hiệu suất cao, cả tính kinh tế của tổn thất và cơ chế của đường dây đều được tính đến. Hiệu quả kinh tế cuối cùng của đường dây phụ thuộc vào cơ học - nghĩa là thiết bị và cách bố trí dây dẫn, chất cách điện, giá đỡ, máy biến áp tăng/giảm, trọng lượng và độ bền của tất cả các kết cấu, bao gồm cả dây được kéo dài trên một khoảng cách dài, cũng như các vật liệu được lựa chọn cho từng phần tử kết cấu, công việc và chi phí vận hành của nó. Ngoài ra, trong các đường dây truyền tải điện, có yêu cầu cao hơn về việc đảm bảo an toàn cho cả đường dây và mọi thứ xung quanh nơi chúng đi qua. Và điều này làm tăng thêm chi phí cho việc cung cấp hệ thống dây điện và tăng thêm mức độ an toàn cho tất cả các công trình.

Để so sánh, dữ liệu thường được rút gọn thành một dạng duy nhất có thể so sánh được. Thông thường, biểu tượng "cụ thể" được thêm vào các đặc điểm như vậy và bản thân các giá trị được xem xét dựa trên các tiêu chuẩn nhất định được thống nhất bởi các thông số vật lý. Ví dụ, điện trở suất là điện trở (ohms) của một dây dẫn làm bằng một số kim loại (đồng, nhôm, thép, vonfram, vàng) có chiều dài đơn vị và tiết diện đơn vị trong hệ đơn vị đo lường được sử dụng (thường là SI). ). Ngoài ra, nhiệt độ được chỉ định, vì khi được làm nóng, điện trở của dây dẫn có thể hoạt động khác nhau. Điều kiện hoạt động trung bình bình thường được lấy làm cơ sở - ở 20 độ C. Và khi các đặc tính đóng vai trò quan trọng khi thay đổi các thông số môi trường (nhiệt độ, áp suất), các hệ số sẽ được đưa ra và các bảng bổ sung cũng như biểu đồ phụ thuộc sẽ được biên soạn.

Các loại điện trở suất

Vì sự kháng cự xảy ra:

• hoạt động - hoặc ohmic, điện trở - do sự tiêu hao điện năng để làm nóng dây dẫn (kim loại) khi có dòng điện đi qua nó, và
• phản ứng - điện dung hoặc cảm ứng - xảy ra do những tổn thất không thể tránh khỏi do tạo ra bất kỳ thay đổi nào trong dòng điện đi qua dây dẫn của điện trường, khi đó điện trở suất của dây dẫn có hai loại:

1. Điện trở riêng đối với dòng điện một chiều (có tính chất điện trở) và
2. Điện trở cụ thể đối với dòng điện xoay chiều (có tính chất phản ứng).

Ở đây, điện trở suất loại 2 là một giá trị phức tạp; nó bao gồm hai thành phần TC - hoạt động và phản kháng, vì điện trở luôn tồn tại khi dòng điện chạy qua, bất kể bản chất của nó và điện trở phản kháng chỉ xảy ra khi có bất kỳ thay đổi nào về dòng điện trong mạch. Trong mạch DC, điện kháng chỉ xảy ra trong các quá trình nhất thời liên quan đến việc bật dòng điện (thay đổi dòng điện từ 0 thành danh định) hoặc tắt (chênh lệch từ danh nghĩa đến 0). Và chúng thường chỉ được tính đến khi thiết kế bảo vệ quá tải.

Trong mạch điện xoay chiều, hiện tượng liên quan đến phản ứng đa dạng hơn nhiều. Chúng không chỉ phụ thuộc vào dòng điện đi qua một mặt cắt nhất định mà còn phụ thuộc vào hình dạng của dây dẫn và sự phụ thuộc này không phải là tuyến tính.

Thực tế là dòng điện xoay chiều tạo ra một điện trường xung quanh dây dẫn mà nó chạy qua và trong chính dây dẫn đó. Và từ trường này, các dòng điện xoáy xuất hiện, tạo ra tác dụng “đẩy” chuyển động chính thực sự của điện tích, từ độ sâu của toàn bộ mặt cắt ngang của dây dẫn đến bề mặt của nó, cái gọi là “hiệu ứng bề mặt” (từ da - da). Hóa ra dòng điện xoáy dường như “đánh cắp” tiết diện của nó khỏi dây dẫn. Dòng điện chạy trong một lớp nhất định gần bề mặt, độ dày còn lại của dây dẫn vẫn không được sử dụng, nó không làm giảm điện trở của nó và đơn giản là không có ích gì khi tăng độ dày của dây dẫn. Đặc biệt là ở tần số cao. Do đó, đối với dòng điện xoay chiều, điện trở được đo ở những phần dây dẫn mà toàn bộ phần của nó có thể được coi là gần bề mặt. Một sợi dây như vậy được gọi là mỏng; độ dày của nó bằng hai lần độ sâu của lớp bề mặt này, nơi dòng điện xoáy thay thế dòng điện chính hữu ích chạy trong dây dẫn.

Tất nhiên, việc giảm độ dày của dây tròn không làm giảm khả năng dẫn điện hiệu quả của dòng điện xoay chiều. Dây dẫn có thể được làm mỏng hơn nhưng đồng thời được làm phẳng dưới dạng băng, khi đó tiết diện sẽ cao hơn dây tròn và do đó điện trở sẽ thấp hơn. Ngoài ra, chỉ cần tăng diện tích bề mặt sẽ có tác dụng tăng tiết diện hiệu dụng. Điều tương tự có thể đạt được bằng cách sử dụng dây bện thay vì dây lõi đơn; hơn nữa, dây bện linh hoạt hơn dây lõi đơn, thường có giá trị. Mặt khác, có tính đến hiệu ứng bề mặt của dây dẫn, có thể chế tạo dây bằng cách chế tạo lõi từ kim loại có đặc tính bền tốt, ví dụ như thép, nhưng đặc tính điện thấp. Trong trường hợp này, một dây bện bằng nhôm được làm trên thép, có điện trở suất thấp hơn.

Ngoài hiệu ứng bề mặt, dòng điện xoay chiều trong dây dẫn còn bị ảnh hưởng bởi sự kích thích của dòng điện xoáy trong dây dẫn xung quanh. Dòng điện như vậy được gọi là dòng điện cảm ứng, và chúng được tạo ra cả trong các kim loại không đóng vai trò dẫn dây (các phần tử kết cấu chịu tải) và trong dây dẫn của toàn bộ tổ hợp dẫn điện - đóng vai trò là dây của các pha khác, trung tính , nối đất.

Tất cả những hiện tượng này xảy ra trong tất cả các cấu trúc điện, điều quan trọng hơn là phải có một tài liệu tham khảo toàn diện cho nhiều loại vật liệu.

Điện trở suất của dây dẫn được đo bằng các dụng cụ rất nhạy và chính xác, vì các kim loại có điện trở thấp nhất được chọn để nối dây - theo thứ tự ohms * 10 -6 trên một mét chiều dài và m2. mm. phần. Ngược lại, để đo điện trở cách điện, bạn cần các dụng cụ có phạm vi giá trị điện trở rất lớn - thường là megohm. Rõ ràng là dây dẫn phải dẫn điện tốt và chất cách điện phải cách điện tốt.

Bàn

Bảng điện trở suất của dây dẫn (kim loại và hợp kim)
Vật liệu dẫn điện	Thành phần (đối với hợp kim)	Điện trở suất ρ mΩ × mm 2/m
	đồng, kẽm, thiếc, niken, chì, mangan, sắt, v.v.
Nhôm
vonfram
Molypden
	đồng, thiếc, nhôm, silicon, berili, chì, v.v. (trừ kẽm)
	sắt, cacbon
	đồng, niken, kẽm
Manganin	đồng, niken, mangan
Constantan	đồng, niken, nhôm
	niken, crom, sắt, mangan
	sắt, crom, nhôm, silicon, mangan

Sắt làm chất dẫn điện trong kỹ thuật điện

Sắt là kim loại phổ biến nhất trong tự nhiên và công nghệ (sau hydro, cũng là một kim loại). Nó rẻ nhất và có đặc tính cường độ tuyệt vời, do đó nó được sử dụng ở mọi nơi làm cơ sở cho cường độ của các cấu trúc khác nhau.

Trong kỹ thuật điện, sắt được sử dụng làm dây dẫn ở dạng dây thép dẻo, nơi cần có độ bền vật lý và tính linh hoạt, đồng thời có thể đạt được điện trở cần thiết thông qua mặt cắt thích hợp.

Có bảng điện trở suất của các kim loại và hợp kim khác nhau, bạn có thể tính toán tiết diện của dây được làm từ các dây dẫn khác nhau.

Ví dụ: chúng ta hãy thử tìm mặt cắt tương đương về điện của dây dẫn làm bằng các vật liệu khác nhau: dây đồng, vonfram, niken và sắt. Hãy lấy dây nhôm có tiết diện 2,5 mm làm dây ban đầu.

Chúng ta cần rằng trên chiều dài 1 m, điện trở của dây làm bằng tất cả các kim loại này bằng điện trở của dây ban đầu. Điện trở của nhôm trên 1 m chiều dài và 2,5 mm sẽ bằng

Ở đâu R- sức chống cự, ρ - điện trở suất của kim loại trên bàn, S- diện tích mặt cắt ngang, L- chiều dài.

Thay thế các giá trị ban đầu, chúng ta nhận được điện trở của một đoạn dây nhôm dài hàng mét tính bằng ohm.

Sau đó giải công thức S

Chúng tôi sẽ thay thế các giá trị từ bảng và thu được diện tích mặt cắt ngang của các kim loại khác nhau.

Vì điện trở suất trong bảng được đo trên một sợi dây dài 1 m, tính bằng microohms trên 1 mm 2, nên chúng ta nhận được nó tính bằng microohms. Để có được nó trong ohms, bạn cần nhân giá trị với 10 -6. Nhưng chúng ta không nhất thiết phải lấy số ohm có 6 số 0 sau dấu thập phân, vì chúng ta vẫn tìm được kết quả cuối cùng tính bằng mm2.

Như bạn thấy, điện trở của bàn ủi khá cao, dây dày.

Nhưng có những vật liệu thậm chí còn có giá trị cao hơn, chẳng hạn như niken hoặc hằng số.